JP6534038B2 - 需要電力制御装置および需要電力制御方法 - Google Patents
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Description
図4は、ガスタービン発電機の特性を示す図である。この図に示すように、ガスタービン発電機は、外気温度が上がるとその外気を給気する際の給気温度も上がるため、出力が低下し、それにともなって、発電量が低下するというという特性がある。つまり、ガスタービン発電機を使用して買電電力の最大値を契約電力以下に留めるとともに、不足分をガスタービン発電機からの電力で補う際、外気温度が予想した温度より高い場合には不足分を補えなくなってしまうため、買電電力が契約電力を超えていると判断される場合がある。
図1に示すように、電源機器であるガスタービン発電機620が負荷装置へ電力を供給するため、需要電力制御装置80は、空調熱源設備機器30がガスタービン発電機620に与える給気温度を下げるように空調熱源設備機器30を制御する。なお、ガスタービン発電機620(発電機)は、供給される空気の温度が下がる(上がる)ことにともなって発電機出力が上昇する(低下する)特性を有する(図4参照)。
冷凍機310は、ファン332からガスタービン発電機620に給気する空気の給気温度に必要な冷水温度の冷水を製造する。蓄熱槽343は、冷凍機310が製造した冷水を保持する。空調機330の熱交換器331は、蓄熱槽343から供給される冷水により外気を冷却し、冷却された空気を空調機330のファン332に供給する。空調機330のファン332は、冷却された空気をガスタービン発電機620に給気する。
目標値記憶部801には、定められた複数の計測期間(デマンド時限、例えば30分)毎に計測される需要電力の実績値のうちで最大となる需要電力(最大需要電力)の目標値である目標電力(i)が、予め定められて記憶される。つまり、契約電力(デマンド目標値C)が記憶されている。目標値記憶部801は、空調熱源設備機器30を制御する対象日における目標電力(i)(i=1〜48)を記憶している。
需要電力プロファイル予測部802は、連続する複数の計測期間のうち実績値の計測対象である計測対象期間における実績値の計測が開始される時点より前の時点で、計測対象期間における需要電力の予測(予測電力)値を算出する。ここでは、計測対象期間は対象日の1日の期間であり、デマンド時限である30分における平均需要電力の予測値を算出する。つまり、デマンド時限が30分であるので、予測値算出部83による予測値の算出処理は、対象日1日分の48回に対応する算出処理が、制御対象日の前日の例えば夕方頃において実行され、デマンド時限(i)(i=1〜48)毎の予測電力(i)が算出される。
ここで、予測値の算出方法としては、特許文献(特開2006−78009号公報)に示されるようなニューラルネットワークモデルを使用した方法、カルマンフィルタを使用した方法、最小二乗法を使用した方法等を適用することができる。例えば、ANNを使用する場合、天気予報データなどを使用すると精度の向上が見込める。なお、天気予報データは、例えば、気象庁が発表する天気予報情報等を格納するインターネット上にサーバに接続して、予め設定されている時刻毎に、天気予報情報をダウンロードする。このダウンロードした天気予報情報は、一日の時間帯に対応付けて、天気予報データとして需要電力制御装置80を備える運転管理装置の記憶部に格納される。
水蓄熱量算出部804は、目標超過電力算出部803が算出した「予測電力(i)−目標電力(i)」が最大となるときの外気温度予測値と目標給気温度との差を算出する。外気温度予測値とは、予測電力(i)となる時刻の外気温度であり、天気予報データとして与えられる。目標給気温度とは、ガスタービン発電機620が、目標電力(i)を実現するときの発電機出力に対応する外気温度である。
例えば、図4のガスタービン発電機の特性に示すように、ガスタービン発電機620の発電機出力として220MW必要な場合、目標給気温度は30℃でなければ、目標電力(i)を達成できない。しかしながら、外気温度予測値が35℃の場合、ガスタービン発電機620は発電機出力として215MWしか出力できない。そのため、水蓄熱量算出部804は、外気温度予測値35℃と目標給気温度30℃との差である5℃を算出する。
水蓄熱量算出部804は、外気温度予測値と目標給気温度との差が判れば、ガスタービン発電機620で使う風量は定格で決まっているので、外気温度予測値と目標給気温度との差分の空気を冷やす水蓄熱量(冷水の温度)を算出できる。
冷凍機310は、制御対象日の前日の例えば夜間に、一定量の水を、水蓄熱量算出部804が算出した冷水の温度となるように製造し、蓄熱槽343に保持させる。電力制御部805は、水蓄熱量算出部804が算出した水蓄熱量(冷水の温度)に対応する温度で、冷凍機310を動作させる制御信号を送信し、蓄熱槽343に水蓄熱量算出部804が算出した冷水の温度で冷水を保持させる。
すなわち、電力制御部805は、需要電力の予測値に応じて空調機330がガスタービン発電機620に対して給気する空気の目標給気温度を算出し、算出した目標給気温度に対応する冷水の温度で蓄熱槽343に冷水を保持させる。
冷水供給判定部807は、目標給気温度が、気象データ計測部806が測定する外気温度より低いか否かを判定する。
給気温度確保部808は、冷水供給判定部807による判定結果において、目標給気温度が外気温度より低い場合に、空調機330を動作させることを指示する制御信号をオンさせる。
ここでは、電力制御部805は、オンした制御信号により、空調機330の熱交換器331を制御して、蓄熱槽343から供給される冷水により外気を冷却する。また、電力制御部805は、空調機330のファン332から、冷却された空気をガスタービン発電機620に給気する制御を行う。すなわち、電力制御部805は、蓄熱槽343が保持する冷水によりガスタービン発電機620に給気を供給する空調機330を制御して、目標給気温度に応じてガスタービン発電機620を動作させる。
このようにして、需要電力制御装置80は、各デマンド時限における目標電力を供給するため、空調熱源設備機器30がガスタービン発電機620に与える給気温度を下げるように空調熱源設備機器30を制御することが可能となる。
すなわち、電力制御部805は、運転管理装置からリアルタイムDRの実行指示を示す情報が入力された場合、デマンド時限以前に(制御対象日の前日)に算出される予測値により、デマンド時限の開始(制御対象日)と同時にDR処理を開始することを可能にすることができる。
なお、図2のうち、図2(a)は制御対象日の前日における処理を示し、図2(b)は制御対象日の当日における処理を示している。
需要電力プロファイル予測部802は、デマンド時限(例えば、制御対象日の当日)が開始される時点より前の時点(例えば、制御対象日の前日)において、ANN等による予測電力プロファイルを予測する(ステップS81)。需要電力プロファイル予測部802は、制御対象日当日のデマンド時限の間の平均需要電力の予測値を算出する。
目標超過電力算出部803は、需要電力プロファイル予測部802によって算出された予測電力(i)と、目標値記憶部801に記憶された目標電力(i)との差分である「予測電力(i)−目標電力(i)」を算出する(ステップS82)。
そして、目標超過電力算出部803は、予測電力(i)が目標電力(i)を超過するか否かを判定する(ステップS83)。ここで、目標超過電力算出部803が、予測電力(i)が目標電力(i)を超えないと判定すれば(ステップS83−NO)、電力制御部805は、冷凍機310の制御処理を実行しない。
電力制御部805は、冷凍機310を制御して、制御対象日の前日の例えば夜間に、一定量の水を、水蓄熱量算出部804が算出した冷水の温度となるように製造し、蓄熱槽343に保持させる。すなわち、制御対象日の前日に必要な冷水の負荷予測をおこなうことにより、ピークシフトを実現することができる。
冷水供給判定部807は、目標給気温度が外気温未満であるか否かの判定を実行する(ステップS92)。冷水供給判定部807が、目標給気温度が気象データ計測部806により計測された外気温度未満であると判定すれば(ステップS92−YES)、給気温度確保部808は、蓄熱槽から冷水供給し、熱交換器により給気温度低下させることを指示する制御信号を、電力制御部805に出力する(ステップS93)。
電力制御部805は、給気温度確保部808が出力する制御信号により、空調機330の熱交換器331を制御して、蓄熱槽343から供給される冷水により外気を冷却する。また、電力制御部805は、空調機330のファン332から、目標給気温度に冷却された空気をガスタービン発電機620に給気する制御を行う。
電力制御部805は、目標量発電を確保し(ステップS94)、目標ピーク電力を確保する(ステップS95)。
すなわち、外気温度より低い目標給気温度までガスタービン発電機620への給気温度を下げることにより、目標電力(i)を達成することができる。つまり、DR処理は、買電電力が契約電力を超えていると判断されるので、熱交換器331により給気温度低下を実行し、ピークカットが行われる。
一方、冷水供給判定部807が、目標給気温度が気象データ計測部806により計測された外気温度以上であると判定すれば(ステップS92−NO)、電力制御部805は、熱交換器331を制御して、蓄熱槽343から供給される冷水により外気を冷却させることなく、外気温度の空気をガスタービン発電機620に給気する制御を行う。つまり、この場合、DR処理は、買電電力が契約電力を超えない状態で実行される。
このスマートグリッドシステムは、負荷装置として、例えば、空調熱源設備機器3と作業設備機器4を含む。なお、空調熱源設備機器3は熱源を備えているため、作業設備機器4に比べて消費電力の変動が大きく、天気や室内の利用環境に応じてその消費電力が変動しやすい。
この熱循環機構34は、例えば、各部屋に張り巡らされ、空調熱源機31によって与えられた熱量を保持する媒体(液体や気体)を充填したパイプ341と、この媒体を循環させるポンプ342と、熱量を保持する媒体を蓄える蓄熱槽343を含む。
空調熱源機31は、例えばヒートポンプやジェネリンク等を含み、パイプ341に充填された媒体の温度を上げる加熱処理、および、媒体の温度を下げる冷却処理を行う。
外調機32は、外気を取り込み、室内温度にあわせてある程度、外気温度を調整する。
空調機33は、空調熱源機31により加熱処理あるいは冷却処理された媒体の温度を利用して、外調機32が取り込んだ外気を室内温度に合わせて調整する。
パッケージ空調機35は、空調熱源機31により加熱・冷却処理された媒体の温度を利用せずに、外調機32が取り込んだ外気を室内温度に合わせて調整する。
なお、ガスタービン発電機620に対して、専用の冷凍機、蓄熱槽および空調機が設けられてもよい。
これらPC41、照明機器42、OA機器43は、オフィス等のビル内に多く設置されている作業設備機器であって、作業設備機器4の一例である。
第1発電機61は、風力エネルギーや太陽光エネルギー等を利用して自家発電により電力を発電する。この第1発電機61の発電エネルギーは天候によって左右されるため、その出力電力は一定ではない。
第2発電機62は、例えばガスエンジン発電機やガスタービン発電機(ガスタービン発電機620に対応する)等の発電機である。この第2発電機62は、天候によって左右される発電エネルギーを使用していないため、出力電力を調整することができる。
蓄電池63は、第1発電機61および第2発電機62によって発電された発電電力、および買電電源64から出力される買電電力を蓄電する。
買電電源64は、例えば、使用者が電力会社から購入する電力(買電電力)を出力する。
なお、この電力会社からの買電については、使用者に応じて契約電力C[kw]が決まっており、使用した予め決められた一定時間(デマンド時限)あたりの平均電力が契約電力Cを超えた場合、予め契約電力Cに応じて決められている支払料金に違約金等の追加料金が課せられる。ここでは、契約電力のことを、以下、デマンド目標値Cということもある。以下、予め決められた一定時間当たりとはデマンド時限に相当し、任意に決められる一定の時間であって、例えば30分である。
この空調熱源運転計画とは、空調熱源に相当する負荷装置が必要とする熱負荷をデマンド時限毎に割り振り、この割り振りを時刻毎に示す計画である。空調熱源運転計画は、例えば、予測日において予め決められている設定温度に温度調整するために予想される熱量を供給するため、一日の各時間帯において予測される空調熱源に相当する負荷装置が消費する放熱量と蓄熱槽に蓄熱される蓄熱量を示す。
電源設備運転計画とは、全ての負荷装置に供給する電力源(発電電力と買電電力)の割り振りを時刻毎に示す計画である。この電源設備運転計画は、電源機器6から給電されることが予想される電力負荷予測値を、電源機器6に含まれる各電源出力(第1発電機61と、第2発電機62と、蓄電池63と、買電電源64)毎の運転のスケジュールにより示すものである。例えば、電源設備運転計画は、一日の各時間帯において予測される供給電力を給電するため、電源機器6が、予め決められた一定時間(デマンド時限)毎に運転するための電力を示す。
運転管理装置1は、空調熱負荷予測処理と発電出力予測処理の結果に基づき、運転計画作成処理を行う。この運転計画作成部105は、これらの予想結果に基づき、予測される空調熱負荷に応じて空調熱源運転計画の作成を行うとともに、予測される空調熱負荷に応じて、買電電源64からの買電電力が任意の目標値(例えば最小値)となる電源機器6の各電源(第1発電機61と、第2発電機62と、蓄電池63と、買電電源64)の電力負荷を示す電源設備運転計画を作成する。
この運転管理装置1の基本処理は、各種情報を収集して空調熱負荷予測処理と発電出力予測処理を行う処理行程1と、その結果に基づいて空調熱源運転計画と電源設備運転計画を作成するための運転計画作成処理を行う処理行程2と、の2つの処理工程である。
本実施形態に係る運転管理装置1は、この2つの処理工程に加え、計画DRを実行する処理と、リアルタイムDRを実行する処理を、場合に応じて行う。
負荷電力制御装置8(需要電力制御装置80に対応する)は、運転管理装置1による運転計画、計画DR、リアルタイムDR処理に基づき、空調熱源設備機器3および作業設備機器4の運転を制御する。
Claims (2)
- 製造された冷水を保持する蓄熱槽と、供給される空気の温度が下がることにともなって発電機出力が上昇する特性を有する発電機に対して、前記蓄熱槽が保持する冷水により前記発電機に供給する給気の温度を下げる空調機と、を有する空調熱源設備機器を制御する需要電力制御装置であって、
前記空調熱源設備機器を制御する対象日の前日において、前記対象日における需要電力の予測値に応じて前記空調機が給気する空気の目標給気温度を算出し、算出した目標給気温度に対応する前記冷水の温度で前記蓄熱槽に前記冷水を保持させ、
前記対象日において、前記目標給気温度に従って冷却された空気を前記空調機から前記発電機に供給させて、当該発電機を動作させる、
電力制御部を備えることを特徴とする需要電力制御装置。 - 製造された冷水を保持する蓄熱槽と、供給される空気の温度が下がることにともなって発電機出力が上昇する特性を有する発電機に対して、前記蓄熱槽が保持する冷水により前記発電機に供給する給気の温度を下げる空調機と、を有する空調熱源設備機器を制御する需要電力制御装置の需要電力制御方法であって、
電力制御部が、前記空調熱源設備機器を制御する対象日の前日において、前記対象日における需要電力の予測値に応じて前記空調機が給気する空気の目標給気温度を算出し、算出した目標給気温度に対応する前記冷水の温度で前記蓄熱槽に前記冷水を保持させ、
前記対象日において、前記目標給気温度に従って冷却された空気を前記空調機から前記発電機に供給させて、当該発電機を動作させる、
ことを特徴とする需要電力制御装置の需要電力制御方法。
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